Διάταξη μέτρησης ελαστικότητας πολλαπλών δοκιμίων

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία περιγράφεται η διαμόρφωση μίας μετρητικής διάταξης παραμόρφωσης κυλινδρικών δοκιμίων σε συνθήκες ερπυσμού. Το ιδιαίτερο χαρακτηριστικό της διάταξης αυτής είναι ότι δύναται να λάβει μετρήσεις της παραμόρφωσης πολλαπλών δοκιμίων υπό συμπίεση. Απώτερος στόχος είναι τα δοκίμια αυτά να είναι δισκία αρθρικού χόνδρου τα οποία θα συμπιέζονται κάτω από ένα σταθερό φορτίο και η μετρητική διάταξη θα μας πληροφορεί για την αντίστοιχη παραμόρφωση. Το σημαντικό, όμως είναι η πολλαπλότητα των δοκιμίων. Έχοντας ικανοποιητικό αριθμό δοκιμίων να καταπονούνται ταυτόχρονα είναι πιο εύκολη και πιο αποτελεσματική η σύγκριση της συμπεριφοράς τους, δεδομένου ότι με βάση τις αρχές της Συστημικής Βιολογίας κάθε ένα δοκίμιο θα τροφοδοτείται με διαφορετικές πιθανές φαρμακευτικές παρεμβάσεις και έτσι η αποτελεσματικότητά τους θα είναι πιο εμφανής. Στα πλαίσια της εργασίας μας, ασχοληθήκαμε με την σύλληψη της γενικής ιδέας των χαρακτηριστικών της διάταξης και των μονάδων που την απαρτίζουν. Επιπλέον εξετάσαμε κάποιες διαφορετικές λύσεις που απαντούν στις απαιτήσεις του προβλήματος και καταλήξαμε στις καταλληλότερες, με την υλοποίηση της μετρητικής διάταξης. Επίσης εξετάσθηκαν οι συνθήκες κάτω από τις οποίες καλείται να λειτουργήσει η διάταξη. Τέλος πραγματοποιήθηκε μία μέτρηση παραμόρφωσης σε δοκιμή ερπυσμού ενός κυλινδρικού δοκιμίου με γνωστή μηχανική συμπεριφορά σε στατικές συνθήκες, ώστε να διαπιστωθούν οι δυνατότητές της.

Mechanical properties of articular cartilage are of great importance concerning the ability of the tissue to carry loads. It is also well proved that one of the most common disease of articular cartilage, osteoarthritis (OA), results to a dramatic degradation of the tissue mechanical properties and among them, the modulus of elasticity. The endeavour to understand the intracellular mechanisms that lead to OA and the efficient blocking of them through suitable pharmaceutical interventions stand on our ability to measure the mechanical properties of the tissue being tested accurately enough. This can be done by applying simple stress relaxation or creep indentation tests on cartilage disks. Given the purpose of these measurements, we are interested in observing the progress of the modulus of elasticity under different intracellular interventions. This is a task that could last a significant amount of time per disk (2-3 weeks) and requires a noticeable amount of disks to be tested. Our aim was to narrow down the required time of the whole process by parallel measurement of multiple disks. So, we introduced a device that could apply creep indentation tests on 24 disks simultaneously. A distance sensor using laser beam was placed on the top of the device, which would measure the displacement of the indenter of each disk, thus measuring the strain of each disk. The disks rest in a 24-well plate, which would move through a 2-axis stepper motors mechanism at the desired coordinates for every disk to be measured. In that way, during the time needed for measuring the elasticity of one disk, we would be able to measure the elasticity of 24 disks, decreasing dramatically the required time for the whole process.